一种水电解膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种水电解膜的制备方法，包括：a将磺酰氟树脂与氟碳疏水溶剂混合制得磺酰氟分散液；b将磺酰氟分散液通过红外热诱导涂布填充到多孔高分子增强基材两侧，其中，在增强基材的一面进行涂布时，背面不进行涂布，在背面进行红外辐射照射，涂布面不进行红外辐射照射，两面涂布后经干燥热压得到磺酰氟涂布基材；c将步骤b得到的磺酰氟涂布基材依次同碱溶液、酸溶液进行水解酸化处理，之后洗涤干燥得到磺酰氟转型涂布基材；d在步骤c得到的磺酰氟转型涂布基材两侧涂布聚合物电解质分散液，干燥热压得到水电解膜。本发明专利技术的方法，制得的水电解膜具有多相界面结合好、树脂填充率高、气体渗透率低、膜面平整度高、电解水效率高和安全的优点。安全的优点。安全的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种水电解膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于高分子复合材料
，具体涉及一种水电解膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]氢作为一种清洁高效的可再生能源，以其作为载体的氢能经济早已成为国际上的热门话题。利用质子交换膜(proton exchange membrane，PEM)电解水制氢(简称PEM电解水制氢)的工艺流程操作灵活，可动部分较少，且不会产生污染，制备得到的产品纯度也较高，一般可达99％
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99.99％，被认为是目前最为清洁的制氢技术，也被认为是走向氢经济的最佳途径。水电解膜是PEM电解水制氢的核心部件，其性能的好坏对整个水电解器的运行起着至关重要的作用。
[0003]当前，常用的水电解膜是以美国杜邦公司的Nafion系列膜为代表的全氟磺酸均质膜，厚度约100μm
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200μm。其在使用过程中，一方面存在着尺寸稳定性差、工作介质渗透的问题；另一方面也存在着全氟磺酸树脂价格昂贵，过厚的均质水电解膜在增加生产成本的同时，也会极大的增加水解启动电压，降低电解效率的问题。
[0004]因此，如何在减少全氟磺酸树脂的用量、制薄PEM电解水制氢中水电解膜厚度的同时，提高PEM电解水制氢中水电解膜的强度、尺寸稳定性和降低其气体渗透性等性能成为了PEM电解水制氢所面临的重大课题。

技术实现思路

[0005]本专利技术是基于专利技术人对以下事实和问题的发现和认识做出的：相关技术中，主要通过引进增强相与全氟磺酸树脂进行复合以来制备增强型水电解膜。最有代表的增强相就是膨化聚四氟乙烯微孔膜(ePTFE)。该方法实现了提高水电解膜在工作介质中的尺寸稳定性，降低全氟磺酸树脂的用量。但该工艺最大的问题在于膨化聚四氟乙烯拥有强烈的疏水性，而全氟磺酸树脂溶液为亲水性体系，这造成了材料在复合过程中容易发生界面相分离，树脂溶液不易充分填充到孔径只有微米级的膨化聚四氟乙烯微孔基材中，膜材料的气密性得不到保障。因此，解决增强型水电解膜多相界面结合、树脂填充微孔的问题，对提升增强型水电解膜的气密性和促进PEM电解水制氢产业的发展具有重要意义。
[0006]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的实施例提出一种水电解膜的制备方法，制得的水电解膜具有多相界面结合好、树脂填充率高、气体渗透率低、膜面平整度高、电解水效率高和安全的优点。
[0007]本专利技术实施例的水电解膜的制备方法，包括如下步骤：
[0008]a、将磺酰氟树脂与氟碳疏水溶剂混合后制得磺酰氟分散液；
[0009]b、将磺酰氟分散液通过红外热诱导涂布分别填充到多孔高分子增强基材的两侧，其中，在增强基材的一面进行涂布时，背面不进行涂布，在背面进行红外辐射照射，且涂布面不进行红外辐射照射，两面涂布后经干燥、热压得到磺酰氟涂布基材；
[0010]c、将步骤b得到的磺酰氟涂布基材依次同碱溶液、酸溶液进行水解酸化处理，之后
洗涤、干燥得到磺酰氟转型涂布基材；
[0011]d、在步骤c得到的磺酰氟转型涂布基材两侧涂布聚合物电解质分散液，随后干燥热压得到水电解膜。
[0012]本专利技术实施例的水电解膜的制备方法带来的优点和技术效果，1、本专利技术实施例的方法中，采用涂布同时外加红外照射的方式，将磺酰氟分散液涂布到多孔高分子增强基材的两侧，能够使膜材正反两面产生温差，使树脂溶液快速致密填充到多孔高分子增强基材中，提高了树脂的填充度，有效降低了气体渗透率；2、本专利技术实施例的方法中，在制得磺酰氟转型涂布基材后继续涂布聚合物电解质分散液，有效改善了磺酰氟转型涂布基材表面由于碱水解转化造成的表面粗糙问题；3、本专利技术实施例的方法，减少了全氟磺酸树脂的用量，并且在降低PEM电解水制氢中水电解膜厚度的同时，提高了水电解膜的强度和尺寸稳定性，同时降低了水电解膜的气体渗透性，能够满足PEM电解水制氢的环境要求。
[0013]在一些实施例中，所述步骤a中，所述磺酰氟树脂包括长支链全氟磺酰氟、短支链全氟磺酰氟、长支链部分氟化磺酰氟、短支链部分氟化磺酰氟、长支链烃类磺酰氟、短支链烃类磺酰氟中的至少一种；所述氟碳疏水溶剂包括全氟有机溶剂、部分氟化有机溶剂、含卤素有机溶剂中的至少一种。
[0014]在一些实施例中，所述步骤b中，所述红外热诱导涂布中红外辐射加热速率为50℃/min
‑
500℃/min，加热温度为50℃
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300℃。
[0015]在一些实施例中，所述步骤b中，所述热压的温度为80℃
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250℃，压力为0
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5MPa，时间为5min
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60min。
[0016]在一些实施例中，所述步骤b中，所述多孔高分子增强基材包括聚丙烯微孔膜、聚乙烯微孔膜、聚醚酮微孔膜、聚偏氟乙烯微孔膜和聚四氟乙烯微孔膜中的至少一种，所述多孔高分子增强基材的孔隙率为10％
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90％，厚度为5～500μm。
[0017]在一些实施例中，所述步骤c中，所述碱溶液包括氢氧化锂、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液中的至少一种，碱溶液的浓度为3
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40wt％，水解反应温度为20℃
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100℃，水解时间为5min
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240min；所述酸溶液包括硫酸溶液、盐酸溶液、磷酸溶液、硝酸溶液中的至少一种，酸溶液的浓度为3
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40wt％，酸化反应温度为20℃
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100℃，酸化时间为5min
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240min。
[0018]在一些实施例中，所述步骤d中，所述聚合物电解质分散液是由醇类有机溶剂、磺化聚合物树脂或羧化聚合物树脂、水混合制得，所述聚合物电解质分散液的质量浓度为1
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40wt％，其中，所述磺化聚合物树脂包括长支链全氟磺化聚合物、短支链全氟磺化聚合物、长支链部分氟化磺化聚合物、短支链部分氟化磺化聚合物、长支链烃类磺化聚合物、短支链烃类磺化聚合物中的至少一种；所述羧化聚合物树脂包括长支链全氟羧化聚合物、短支链全氟羧化聚合物、长支链部分氟化羧化聚合物、短支链部分氟化羧化聚合物、长支链烃类羧化聚合物、短支链烃类羧化聚合物中的至少一种。
[0019]在一些实施例中，所述步骤d中，所述磺酰氟转型涂布基材两侧采用红外热诱导涂布聚合物电解质分散液。
[0020]在一些实施例中，所述步骤d中，所述干燥处理后，在80℃
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250℃和0
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5MPa下，进行热压处理5
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60min。
[0021]本专利技术还提供了一种水电解膜，采用本专利技术实施例的方法制得。本专利技术实施例的水电解膜，多相界面结合好，树脂填充率高，结构致密，并且气体渗透率低，膜面平整度高，
电解水效率高，具有优异的综合性能。
附图说明
[0022]图1是本专利技术实施例方法制得的水电解膜的结构示意图。
具体实施方式
[0023]下面详细描述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水电解膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a、将磺酰氟树脂与氟碳疏水溶剂混合后制得磺酰氟分散液；b、将磺酰氟分散液通过红外热诱导涂布分别填充到多孔高分子增强基材的两侧，其中，在增强基材的一面进行涂布时，背面不进行涂布，在背面进行红外辐射照射，且涂布面不进行红外辐射照射，两面涂布后经干燥、热压得到磺酰氟涂布基材；c、将步骤b得到的磺酰氟涂布基材同碱溶液、酸溶液进行水解酸化处理，之后洗涤、干燥得到磺酰氟转型涂布基材；d、在步骤c得到的磺酰氟转型涂布基材两侧涂布聚合物电解质分散液，随后干燥热压得到水电解膜。2.根据权利要求1所述的水电解膜的制备方法，其特征在于，所述步骤a中，所述磺酰氟树脂包括长支链全氟磺酰氟、短支链全氟磺酰氟、长支链部分氟化磺酰氟、短支链部分氟化磺酰氟、长支链烃类磺酰氟、短支链烃类磺酰氟中的至少一种；所述氟碳疏水溶剂包括全氟有机溶剂、部分氟化有机溶剂、含卤素有机溶剂中的至少一种。3.根据权利要求1所述的水电解膜的制备方法，其特征在于，所述步骤b中，所述红外热诱导涂布中红外辐射加热速率为50℃/min
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500℃/min，加热温度为50℃
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300℃。4.根据权利要求1所述的水电解膜的制备方法，其特征在于，所述步骤b中，所述热压的温度为80℃
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250℃，压力为0
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5Mpa，时间为5min
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60min。5.根据权利要求1所述的水电解膜的制备方法，其特征在于，所述步骤b中，所述多孔高分子增强基材包括聚丙烯微孔膜、聚乙烯微孔膜、聚醚酮微孔膜、聚偏氟乙烯微孔膜和聚四氟乙烯微孔膜中的至少一种，所述多孔高分子增强基材的孔隙率为10％
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90％，厚度为5～500μm。6.根据权利要求1所述的水电解膜的...

【专利技术属性】
技术研发人员：程庚，夏丰杰，刘昊，赵壮，张林，陈玉娇，李道喜，刘真，
申请(专利权)人：武汉绿动氢能能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：